Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现

大家知道，Windows NT/2000为实现其可靠性，严格将系统划分为内核模式与用户模式，在i386系统中分别对应CPU的 Ring0与Ring3级别。Ring0下，可以执行特权级指令，对任何I/O设备都有访问权等等。要实现从用户态进入核心态，即从Ring 3进入 Ring 0必须借助CPU的某种门机制，如中断门、调用门等。而Windows NT/2000提供用户态执行系统服务(Ring 0例程)的此类机制即System Service的int 2eh中断服务等，严格的参数检查，只能严格的执行Windows NT/2000提供的服务，而如果想执行用户提供的Ring 0代码(指运行在Ring 0权限的代码)，常规方法似乎只有编写设备驱动程序。本文将介绍一种在用户态不借助任何驱动程序执行 Ring0代码的方法。
   Windows NT/2000将设备驱动程序调入内核区域(常见的位于地址0x80000000上)，由DPL为0的GDT项8，即cs为8时实现Ring 0权限。本文通过在系统中构造一个指向我们的代码的调用门(CallGate)，实现Ring0代码。基于这个思路，为实现这个目的主要是构造自己的CallGate。CallGate由系统中叫Global Descriptor Table (GDT)的全局表指定。GDT地址可由i386指令sgdt获得(sgdt不是特权级指令，普通Ring 3程序均可执行)。GDT地址在Windows NT/2000保存于KPCR(Processor Control Region)结构中(见《再谈 Windows NT/2000环境切换》)。GDT中的CallGate是如下的格式：
   typedef struct
   {
unsigned short offset_0_15;
unsigned short selector;
unsigned char   param_count : 4;
unsigned char   some_bits   : 4;
unsigned char   type : 4;
unsigned char   app_system : 1;
unsigned char   dpl     : 2;
unsigned char   present : 1;
  
unsigned short offset_16_31;
   } CALLGATE_DESCRIPTOR;
   GDT 位于内核区域，一般用户态的程序是不可能对这段内存区域有直接的访问权。幸运的是Windows NT/2000提供了一个叫 PhysicalMemory的Section内核对象位于Device的路径下。顾名思义，通过这个Section对象可以对物理内存进行操作。用 objdir.exe对这个对象分析如下：
   C:NTDDKin>objdir /D Device
   PhysicalMemory       
Section
DACL - 
   Ace[ 0] - Grant - 0xf001f - NT AUTHORITYSYSTEM
            Inherit: 
            Access: 0x001F and ( D RCtl WOwn WDacl )
   Ace[ 1] - Grant - 0x2000d - BUILTINAdministrators
            Inherit: 
            Access: 0x000D and ( RCtl )
从dump出的这个对象DACL的Ace可以看出默认情况下只有SYSTEM用户才有对这个对象的读写权限，即对物理内存有读写能力，而 Administrator只有读权限，普通用户根本就没有权限。不过如果我们有Administrator权限就可以通过 GetSecurityInfo、SetEntriesInAcl与SetSecurityInfo这些API来修改这个对象的ACE。这也是我提供的代码需要Administrator的原因。实现的代码如下：
   VOID SetPhyscialMemorySectionCanBeWrited(HANDLE hSection)
   {
PACL pDacl=NULL;
PACL pNewDacl=NULL;
PSECURITY_DESCRIPTOR pSD=NULL;
DWORD dwRes;
EXPLICIT_ACCESS ea;
if(dwRes=GetSecurityInfo(hSection,SE_KERNEL_OBJECT,DACL_SECURITY_INFORMATION,
      NULL,NULL,&pDacl,NULL,&pSD)!=ERROR_SUCCESS)
    {
   printf( "GetSecurityInfo Error %u
", dwRes );
   goto CleanUp;
    }
ZeroMemory(&ea, sizeof(EXPLICIT_ACCESS));
ea.grfAccessPermissions = SECTION_MAP_WRITE;
ea.grfAccessMode = GRANT_ACCESS;
ea.grfInheritance= NO_INHERITANCE;
ea.Trustee.TrusteeForm = TRUSTEE_IS_NAME;
ea.Trustee.TrusteeType = TRUSTEE_IS_USER;
ea.Trustee.ptstrName = "CURRENT_USER";

if(dwRes=SetEntriesInAcl(1,&ea,pDacl,&pNewDacl)!=ERROR_SUCCESS)
    {
   printf( "SetEntriesInAcl %u
", dwRes );
   goto CleanUp;
    }
if(dwRes=SetSecurityInfo(hSection,SE_KERNEL_OBJECT,DACL_SECURITY_INFORMATION,NULL,NULL,pNewDacl,NULL)!=ERROR_SUCCESS)
    {
   printf("SetSecurityInfo %u
",dwRes);
   goto CleanUp;
    }
   CleanUp:
if(pSD)
    LocalFree(pSD);
if(pNewDacl)
    LocalFree(pSD);
   }
   这段代码对给定HANDLE的对象增加了如下的ACE: 
   PhysicalMemory       
Section
DACL - 
   Ace[ 0] - Grant - 0x2 - WEBCRAZYAdministrator
            Inherit: 
            Access: 0x0002   //SECTION_MAP_WRITE
这样我们在有Administrator权限的条件下就有了对物理内存的读写能力。但若要修改GDT表实现Ring 0代码。我们将面临着另一个难题，因为sgdt指令获得的GDT地址是虚拟地址(线性地址)，我们只有知道GDT表的物理地址后才能通过DevicePhysicalMemory对象修改GDT表，这就牵涉到了线性地址转化成物理地址的问题。我们先来看一看Windows NT/2000是如何实现这个的：
   kd> u nt!MmGetPhysicalAddress l 30
   ntoskrnl!MmGetPhysicalAddress:
   801374e0 56        push   esi
   801374e1 8b742408     mov esi,[esp+0x8]
   801374e5 33d2    xor edx,edx
   801374e7 81fe00000080 cmp esi,0x80000000
   801374ed 722c    jb   ntoskrnl!MmGetPhysicalAddress+0x2b (8013751b)
   801374ef 81fe000000a0 cmp esi,0xa0000000
   801374f5 7324    jnb   ntoskrnl!MmGetPhysicalAddress+0x2b (8013751b)
   801374f7 39153ce71780 cmp [ntoskrnl!MmKseg2Frame (8017e73c)],edx
   801374fd 741c    jz   ntoskrnl!MmGetPhysicalAddress+0x2b (8013751b)
   801374ff 8bc6    mov eax,esi
   80137501 c1e80c    shr eax,0xc
   80137504 25ffff0100 and eax,0x1ffff
   80137509 6a0c    push   0xc
   8013750b 59        pop ecx
   8013750c e8d3a7fcff call   ntoskrnl!_allshl (80101ce4)
   80137511 81e6ff0f0000 and esi,0xfff
   80137517 03c6    add eax,esi
   80137519 eb17    jmp   ntoskrnl!MmGetPhysicalAddress+0x57 (80137532)
   8013751b 8bc6    mov eax,esi
   8013751d c1e80a    shr eax,0xa
   80137520 25fcff3f00 and eax,0x3ffffc
   80137525 2d00000040 sub eax,0x40000000
   8013752a 8b00    mov eax,[eax]
   8013752c a801    test   al,0x1
   8013752e 7506    jnz   ntoskrnl!MmGetPhysicalAddress+0x44 (80137536)
   80137530 33c0    xor eax,eax
   80137532 5e        pop esi
   80137533 c20400    ret 0x4
从这段汇编代码可看出如果线性地址在0x80000000与0xa0000000范围内，只是简单的进行移位操作(位于801374ff- 80137519指令间)，并未查页表。我想Microsoft这样安排肯定是出于执行效率的考虑。这也为我们指明了一线曙光，因为GDT表在 Windows NT/2000中一般情况下均位于这个区域(我不知道/3GB开关的Windows NT/2000是不是这种情况)。
   经过这样的分析，我们就可以只通过用户态程序修改GDT表了。而增加一个CallGate就不是我可以介绍的了，找本Intel手册自己看一看了。具体实现代码如下：
   typedef struct gdtr {
short Limit;
short BaseLow;
short BaseHigh;
   } Gdtr_t, *PGdtr_t;
   ULONG MiniMmGetPhysicalAddress(ULONG virtualaddress)
   {
if(virtualaddress<0x80000000|

补充：综合编程 , 其他综合 ,

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